Alienit keskuudessamme

Pidän astrobiologiasta, vaikka muodollinen tieteellinen sivistykseni siitä rajoittuukin yhteen ainokaiseen yliopistokurssiin. Mikä voisi olla jännittävämpää kuin löytää elämää muualta maailmankaikkeudesta? Se laittaisi biologian aivan uuteen perspektiiviin, onpa jopa väitetty, että vasta toisenlaisen elämän löytäminen tekisi siitä kypsän tieteen.

Luen parhaillaan David Toomeyn tuoretta kirjaa Weird Life. ”Oudolla” elämällä tarkoitetaan tässä tapauksessa elämää, jolla on eri alkuperä kuin meillä. Maan elämähän käyttää kauttaaltaan lähes tismalleen samoja rakennuspalikoita ja piirrustuksia. Niinpä hyvin todennäköisesti kaikki kolibakteereista ihmisiin ja jäkälistä limasieniin polveutuvat yhdestä ja samasta elämän alusta. Outo elämä on syntynyt erikseen. Se voisi olla hyvinkin kummallisilla tavoilla erilaista – ja saattaa piileskellä aivan nenän alla. Tai sen sisällä. 

Outo elämä voisi elää toisella taivaankappaleella, mutta ei välttämättä. On varsin mahdollista, että vaikkapa Marsissa tai Europa-kuussa elävät eliöt olisivat alun perin kotoisin Maasta, tai Maan elämä niistä. Suurten asteroidi-iskujen myötähän avaruuteen lentää melkoisia määriä tavaraa, joka myöhemmin päätyy tipahtamaan jonnekin muualle. Palentologi-astrobiologi Peter Wardin mukaan esimerkiksi Maahan on saattanut aikojen kuluessa päätyä jopa miljardi tonnia Marsia. Erilaisissa varsin mielikuvituksellisen kuuloisissa kokeissa on jo osoitettu, että monetkin Maan eliöt – arkkieliöt, bakteerit, karhukaiset, jäkälät – saattaisivat selvitä hengissä tällaisesta avaruusmatkasta. Elämän löytyminen toiselta planeetalta olisi kieltämättä vähän pettymys, jos se osoittautuisikin ihan samaksi porukaksi kuin kotona (kuva: karhukainen elektronimikroskooppikuvassa, Goldstein Lab).

Toisaalta on myös vallan mahdollista, että outoa elämää on meillä täällä Maassa, tälläkin hetkellä. Okei, ei ehkä pieniä vihreitä miehiä tai ihmisten rintakehistä ulos hyppääviä xenomorfeja, sillä ne olisimme varmaan jo huomanneet. Todennäköisemmin varjoelämä olisi mikroskooppisen pientä, ja silloin sitä on äärimmäisen vaikeaa löytää.

Aluksi voi tuntua kummalliselta, ettei mikroskooppisenkin kokoisia alieneita olisi jo huomattu. Onhan mikrobiologia sentään ihan varteenotettava tieteenala. Kyllä, mutta tuttujenkin mikrobien monimuotoisuuden ymmärtäminen on vielä pahasti alkutekijöissään – siinä määrin, että bakteerien, arkkieliöiden ja yksisoluisten aitotumaisten koko monimuotoisuudesta tunnetaan vasta murunen. Ja oudon elämän löytäminen sen seasta on vielä paljon vaikeampaa.

Mikroskooppiin katsominen ei juuri auta. Vaikuttaa siltä, että on olemassa rajallinen määrä käytännöllisiä solun muotoja, ja useimmat toisilleen hyvinkin kaukaista sukua olevat bakteerit ja arkit näyttävät mikroskoopin alla käytännössä identtisiltä sauvoilta tai soikioilta. Varsin todennäköisesti outo elämäkin näyttäisi päälle päin samalta, vaikka se sisäpuoleltaan eroaisi hyvinkin radikaalisti tutusta elämästä (kuva: kolibakteereja pyyhkäisyelektronimikroskoopin alla, Rocky Mountain Laboratories / Wikipedia).

Mikrobiologien muutkin konstit ovat rajoittuneita. Mikrobeja tutkitaan kasvattamalla niitä alustoilla olosuhteissa, jotka ovat lähinnä valistunut arvaus siitä, mitä pöpöt mahtavat kasvaakseen tarvita. Isosta kasvustosta voidaan sitten ottaa näytteitä tarkemmin tutkittavaksi. Vain pieni osa luonnosta kerätyn näytteen tutuistakaan mikrobeista suostuu yleensä kasvamaan laboratoriossa – saati sitten mahdollinen outo elämä, jonka vaatimuksista ei ole hajua sitä vähääkään.

Uudet metagenomiikaksi nimetyt menetelmät kiertävät tämän ongelman sekvensoimalla mikrobien DNA:ta suoraan niiden elinympäristöstä otetuista näytteistä. Näin saadaan käsitys koko yhteisön monimuotoisuudesta. Mutta satunnaista DNA:ta ei voi sekvensoida, vaan käytössä on kulloinkin tiettyyn, tunnettuun DNA-jaksoon sitoutuva aluke, joka kopioi juuri tätä pätkää tutkittavaksi. Yleensä tarkoitukseen käytetään erästä ribosomin osaa koodaavaa 16S-geeniä. Oudolla elämällä ei luultavastikaan ole samoja geenejä kuin tutulla – jos sillä ylipäätään on DNA:ta.

Jos siis mikroskooppista vierasta elämää on meillä täällä Maapallolla, on itse asiassa todennäköistä, ettei sitä ole huomattu. Melkoinen ajatus. Tutkijat ovat kuitenkin kehittäneet muutamankin konstin, joilla varjoelämä voitaisiin saada kiinni, ja kokeilleetkin niitä. Erilaisia mahdollisia tapauksia on löydetty jo muutama, mutta yhtäkään ei ole onnistuttu osoittamaan niin vakuuttavasti, että varjoelämää voitaisiin pitää edes jokseenkin varmana.

Yksi lähestymistapa on tehdä valistuneita arvauksia siitä, millä tavalla varjoelämä voisi erota tavallisesta elämästä, ja testata, löytyisikö siitä merkkejä. Ehkä varjoelämä käyttää erilaisia DNA:n emäksiä tai eri settiä aminohappoja? Ei ole mitään tunnettua syytä sille, miksi tutun elämän käyttämät neljä emästä ja 20 aminohappoa olisivat ainoat mahdolliset tai edes muita paremmat. Esimerkiksi aminohappoja tunnetaan yli 500 erilaista.

Toinen vaihtoehto on, että varjoelämän rakennuspalikat olisivat omiemme peilikuvia. Monimutkaisista orgaanisista molekyyleistähän on mahdollista rakentaa kätisyydeltään eli kiraalisuudeltaan vastakkaisia, siis suomeksi toistensa peilikuvia. Tuttu elämä käyttää ainoastaan vasenkätisiä aminohappoja ja oikeakätisiä DNA:n sokereita. Oikeakätiset aminohapot ja vasenkätiset sokerit toimisivat tismalleen yhtä hyvin.

Peilielämää on jo etsittykin Kaliforniassa sijaitsevasta Mono-suolajärvestä, joka on astrobiologien suosikkikohteita (kuva: Hike395/Wikipedia). Tässä tapauksessa tutkijat sekoittivat tavanomaisen bakteerien kasvualustan, mutta korvasivat osan sen sisältämistä ravinteista niiden peilikuvaversioilla. Sitten kokoelma Mono-järven mikrobeja päästettiin juhlapöytään. Ajatuksena oli, että jos peiliravinteita katoaa seoksesta, jonkun on syötävä niitä.

Peiliravinteet tosiaan katosivat, mutta lyhyen ilon hetken jälkeen kävi ilmi, että niiden katoamisen takana oli ”vain” tavanomaista ahneempi bakteeri. Anaerovirgula multivorans -nimen saanut pöpö oli tieteelle täysin uusi, ja sillä oli ainutlaatuinen kyky hajottaa peilimolekyylejä syötävän kokoisiksi paloiksi. Mutta eihän se varjoelämää ole.

Kaikki tuttu elämä koostuu kuudesta olennaisesta alkuaineesta (hiili, vety, happi, typpi, rikki ja fosfori), ja vaihtelevasta kokoelmasta hivenaineita. Olisi ainakin periaatteessa mahdollista, että varjoelämällä jokin näistä perusraaka-aineista olisi eri. Elämä, joka pohjautuu piihin hiilen sijaan, on scifin maailmoissa yleistä. Toinen usein esitetty vaihtoehto on fosforin korvaaminen arseenilla. Arseenihan on myrkyllistä juuri siksi, että se muistuttaa niin kovasti fosforia: se livahtaa mukaan aineenvaihdunnan kemiallisiin reaktioihin, mutta hitusen räjähtävämmän luonteensa vuoksi tuhoisin seurauksin. Ehkäpä varjoelämä olisi oppinut hallitsemaan arseenin tulisen luonteen, jos se olisi elänyt ympäristössä, missä fosforia on vähän ja arseenia yllin kyllin.

Kuten Mono-järvessä.

Muutama vuosi sitten melkoisen määrän mediahuomiota keränneessä tutkimuksessa Mono-järven bakteereja kasvatettiin laboratoriossa, jossa niille tarjolla olleen fosforin määrää vähitellen laskettiin ja arseenin lisättiin. Bakteerit pysyivät kuin pysyivätkin elossa, ja tutkijoiden mukaan arseenia oli niiden solujen sisällä orgaanisissa molekyyleissä siinä, missä normaalisti olisi fosforia.

Harmi kyllä löydön julkistus oli ennenaikainen, ja muut alan tutkijat löysivät arseenielämätutkimuksen menetelmistä koko joukon ongelmia. Vaikuttaa siltä, että Mono-järvestä löydettiin kyllä häkellyttävän korkeita arseenipitoisuuksia kestävä bakteeri, mutta ei sentään sellaista, joka eläisi arseenista. Jälleen kerran hieno löytö, muttei ihan sitä mitä etsittiin.

Tai ehkä varjoelämän voisi sittenkin tunnistaa ulkonäöltä – jos katsoo tarpeeksi läheltä. Tutun elämän solut eivät voi olla määrättömän pieniä, sillä solujen proteiinitehtaat, ribosomit, ovat isoja ja niitä tarvitaan paljon – esimerkiksi kolibakteerilla on yhdessä solussa peräti kymmenisen tuhatta ribosomia. Mutta jos ribosomien tarve voitaisiin jotenkin kiertää, solut voisivat olla paljon pienempiä.

Kokonainen joukko mahdollisia esimerkkejä tällaisista nanokoon soluista onkin jo olemassa, mutta niitä ei ole vielä onnistuttu vedenpitävästi osoittamaan eläviksi. ”Nanobakteerit” ja niiden löytäjät ovat yhä maineeltaan siinä huuhaan rajamailla.

Suomalaisetkin ovat kunnostautuneet tällä saralla. Biokemisti Olavi Kajander lanseerasi nanobakteeri-termin jo 80-luvun lopulla löydettyään lehmän kudosnäytteistä omituisia, kalkkikuorisia pallukoita. Tarkemmin tarkasteltuna samoja pallukoita löytyi myös ihmisten munuaiskivistä. Kajander on ilmeisesti yhä vakuuttunut siitä, että pallukat (joita hän tosin nykyään kutsuu vähemmän kiistanalaisesti ”kalkkeuttaviksi nanopartikkeleiksi”) ovat lisääntyviä elämänmuotoja, jotka aiheuttavat monenlaisia kalkkeumasairauksia ja jotka voi saada hengiltä antibiooteilla. Jos näin on, nanobakteerien on oltava varjoelämää: ne ovat liian pieniä sisältääkseeni ribosomeja, ja lisäksi niillä ei näytä olevan DNA:ta.

Hypoteesin vastaanotto muualla tiedemaailmassa on ollut vähintäänkin värikästä, mutta enimmäkseen skeptistä. Monet pitävät ”nanobakteereja” vain säännöllisen muotoisina kalsiumkiteinä, joiden synty on kemiallinen, ei biologinen prosessi. Kajanderin tutkimustulosten toistaminenkin on osoittautunut hankalaksi.

Jos Kajanderin nanobakteerit kuitenkin olisivat oikeasti eläviä, miksipä eivät myös Marsista saapuneen ALH 84001 -meteoriitin väitetyt fossiilit olisi aitoja? Vuonna 1984 löytyneen meteoriitin pinnalla on kovasti bakteerin muotoisia, sauvamaisia painaumia – mutta koska ne ovat paljon pienempiä kuin mikään tunnettu elämä, niiden on arveltu olevan vain jonkinlaisia epäorgaanisia kiteitä (kuva: NASA). Nanobakteerit ja Mars-fossiilit ovat melko lailla samaa kokoluokkaa: noin 20 nanometristä ylöspäin. Pienimmät tunnetut varmasti elävät eliöt ovat Richmondin kaivoksesta Kaliforniasta löydettyjä arkkeja, ja läpimitaltaan kutakuinkin kymmenkertaisia. Niidenkin löytyminen oli pieni sensaatio, sillä vaikka ne käyttävät ribosomeja, ne jotenkin selviytyvät paljon pienemmällä määrällä niitä kuin muut eliöt: kaivosarkeilta on mitattu keskimäärin reilut 90 ribosomia solua kohden, kun kolibakteerilla sama luku on kymmenen tuhatta.

Samaa porukkaa on muuten löydetty myös suomalaisesta suosta, tarkemmin sanoen Ruovedellä sijaitsevalta Siikanevalta. Kaikki astrobiologien eksoottiset löydöt eivät sentään elä jännittävissä suolajärvissä toisella puolella maapalloa.

Vielä yksi vinkkeli varjoelämän etsintään on, että yksinkertaisesti pidetään silmät auki odottamattomien ja outojen ilmiöiden varalta, ja kun niitä osuu kohdalle, yritetään selvittää mistä on kyse. Yksi tällainen tapaus on ”aavikkolakka” (desert varnish), kummallinen kiiltävän keltainen, ruskea tai musta kerros, jota syntyy kuivilla seuduilla kallioiden pintaan (kuva: Óðinn / Wikimedia Commons). Jo Charles Darwin ihmetteli sitä maailmanympärimatkallaan Beagle-aluksella, muttei osannut arvata, mikä ilmiön aiheuttaa. Juuri sen lähempänä selitystä ei olla tänä päivänäkään.

Kuten Darwinkin arveli, aavikkolakka on enimmäkseen metallia. Se koostuu lähinnä mangaanista ja raudasta, joita lakassa voi olla kymmeniä kertoja suurempina pitoisuuksina kuin ympäröivässä kivessä. Mukana on savea ja ainakin jonkinlainen kokoelma orgaanisia molekyylejä. Lakasta on eristetty kokonainen valikoima erilaisia bakteereja, mutta hyvää epäiltyä sen aiheuttajaksi ei ole löydetty. On myös arveltu, että lakkapinnan aiheuttaisi jokin monimutkainen kemiallinen prosessi, muttei myöskään ole onnistuttu keksimään, millainen prosessi se mahtaisi olla. Ehkä liikkeellä onkin outoa elämää?

Tällaisissa tapauksissa ongelmaksi tulee elämän määrittely. Tunnistammeko varjoelämän eläväksi, vaikka se olisi ihan nenän alla? Voisi kuvitella, että biologit olisivat jo aikoja sitten määritelleet elämän jollakin näppärällä ja vedenpitävällä tavalla, mutta näin ei asianlaita suinkaan ole. ”Elämälle” on kokonainen kokoelma erilaisia määritelmiä, joista kukin toimii eri yhteydessä, mutta niillä kaikilla on ongelmansa. Elämällä on aineenvaihdunta, ja se muuttaa ainetta ja energiaa yhdestä muodosta toiseen. Okei, mutta niin tekee myös kynttilän liekki. Elämä lisääntyy tekemällä kopioita itsestään. Niin tekevät mineraalikiteetkin. Elämä kykenee luonnonvalinnan ohjaamaan evoluutioon. Niin kykenevät meemitkin (ja Richard Dawkinsin mukaan ne itse asiassa ovat eläviä). Ja virukset, mutta kukaan ei oikein tunnu tietävän, pitäisikö ne laskea eläviksi vai ei.

Asiaa ei yhtään helpota se, että toistaiseksi tunnemme vain yhdenlaista elämää. On vaikeaa olla varma, löydetäänkö elämän yleismaailmallisia ominaisuuksia, vai luetellaanko vain oman tutun elämämme piirteitä. Vähän niin kuin yrittäisi määritellä nisäkkään, kun ainoa tarjolla oleva esimerkki on norsu. Norsulla on selvästi kärsä ja se on tasalämpöinen, mutta pelkän norsun avulla olisi mahdotonta tietää, kumpi on nisäkkäille ominainen piirre, ja kumpi pelkkä norsun oma omituisuus.

Joka tapauksessa elämme kiintoisia aikoja. Jos outoa elämää ei löydy Maasta, niin ehkä muualta aurinkokunnasta. Potentiaalisia paikkoja sille ainakin riittää, kunhan vain osaisimme etsiä.

Lähteitä ja lisätietoa:

Weird Life, David Toomey (2013) W. W. Norton & Company, Inc.

Tuntematon elämä, Peter Ward (2005) Ursa.

Evolving the Alien, Jack Cohen & Ian Stewart (2002) Ebury Press.

Pikuta ym. 2006: Bacterial utilization of L-sugars and D-amino acids. SPIE Proceedings.

Nature News: ’Arsenic life’ bacterium prefers phosphorus after all.

National Geographic: Arsenic-life discovery debunked – but ”alien” organisms still odd.

Wired Science: Are nanobacteria making us ill?

Science Daily: Weird, ultra-small microbes turn up in acidic mine drainage.

Juottonen ym. 2008: Seasonality of rDNA- and rRNA-derived archaeal communities and methanogenic potential in a boreal mire. The ISME Journal.

Wikipedia: Desert varnish, Archaeal Richmond Mine acidophilic nanoorganisms, Alan Hills 84001 meteorite, Mono Lake, Metagenomics,